Thông tin PCB - Nguyên tắc làm việc của gốm lạnh và nóng PCB

Lĩnh vực ứng dụng của gốm lạnh và nóng PCB đang dần đi vào chiều sâu và đóng một vai trò quan trọng.

Nguyên tắc làm việc của gốm lạnh và nóng PCB

Một mô-đun nhiệt điện (TE) điển hình bao gồm hai chất nền gốm được kẹp giữa nhiều cặp hoặc "cặp" tấm trần bismuth antimonized. Các cặp lõi ống nối tiếp điện và kết nối nhiệt song song giữa gốm sứ. Một loại gốm là "bề mặt nóng" và loại còn lại là "bề mặt lạnh".

Thường được sử dụng để sản xuất các mô-đun TE. Chúng có gai, dẫn nhiệt và là chất cách điện tuyệt vời. Ngoài việc cung cấp một nền tảng vững chắc, gốm sứ còn cách điện các bộ phận điện bên trong mô-đun với bộ tản nhiệt ở phía nóng và các vật làm mát ở phía lạnh.

Kim loại hóa gốm sứ là một phần không thể thiếu trong việc sản xuất các mô-đun nhiệt điện thu nhỏ. Metallization được áp dụng cho gốm sứ để tạo ra một liên kết bên trong giữa cột BiTe và khớp nối PN trong TEC. Máy làm mát nhiệt điện là phổ biến trong ngành công nghiệp laser và quang điện. Trong nhiều ứng dụng như vậy, chất nền gốm có các thành phần điện tử của khách hàng cuối cùng, chẳng hạn như chip LD hoặc mảng APD, được sử dụng để gắn trên mặt lạnh của TEC.

Các miếng đệm cho vật liệu dẫn điện thường là đồng, có kích thước vừa đủ để chứa từng trong số nhiều chip ống "ghép nối" trong mô-đun được kết nối với bề mặt bên trong của gốm. Mỗi lõi loại P và N được kết nối điện với mỗi pad, với bố cục pad khác nhau trên cả hai loại gốm để tạo ra một mạch với dice có thể xoay qua lại trong mô-đun. Thông thường, tất cả các lõi được hàn tại chỗ để tăng cường kết nối điện và giữ các mô-đun lại với nhau. Hầu hết các mô-đun đều có cả lõi P và N, mỗi lõi chia sẻ một kết nối điện được gọi là "cặp".

Mặc dù cả vật liệu loại P và N đều là hợp kim của bismuth và Tellurium, chúng có mật độ electron tự do khác nhau ở cùng nhiệt độ. Một con xúc xắc hình chữ P được tạo thành từ các vật liệu không đủ electron, trong khi một con xúc xắc hình chữ N được tạo thành từ các vật liệu dư thừa electron. Khi dòng điện (ampe) chảy lên và xuống trong mô-đun, nó cố gắng thiết lập sự cân bằng mới trong vật liệu. Hiện nay người ta cho rằng vật liệu loại P là nút nóng cần được làm mát, trong khi vật liệu loại N là nút lạnh cần được làm nóng. Vì vật liệu thực sự ở cùng nhiệt độ, kết quả là đầu nóng trở nên nóng hơn và đầu lạnh trở nên lạnh hơn. Hướng của dòng điện sẽ xác định xem một chip cụ thể được làm mát hay làm nóng. Nói tóm lại, phân cực đảo ngược sẽ chuyển đổi giữa mặt nóng và lạnh.

Dây của mô-đun được kết nối với một pad (đồng) trên một PCB gốm nóng. Nếu mô-đun được niêm phong, bạn có thể xác định đầu nóng mà không cần nguồn điện. Đặt mô-đun trên một bề mặt phẳng và sử dụng dây dương để hướng dây về phía bạn. Thông thường, đáy của lớp cách nhiệt màu đỏ bên phải sẽ là mặt nóng.

Với sự thâm nhập dần dần của công nghệ điện tử trong các lĩnh vực ứng dụng khác nhau, sự tích hợp cao của bảng mạch đã trở thành xu hướng không thể tránh khỏi. Mô-đun đóng gói tích hợp cao đòi hỏi hệ thống tản nhiệt và mang tốt, trong khi vật liệu gốm có tần số cao và tính chất điện tốt, cũng như độ dẫn nhiệt cao, ổn định hóa học và ổn định nhiệt không có trong lớp lót hữu cơ, Nó là vật liệu đóng gói lý tưởng cho một thế hệ mới của mạch tích hợp quy mô lớn và mô-đun điện tử công suất. Trong lĩnh vực chiếu sáng LED công suất cao, vật liệu kim loại và gốm sứ với tản nhiệt tốt thường được sử dụng để chuẩn bị chất nền mạch.

Tuy nhiên, trong sử dụng thực tế, bản thân mạch gốm tạo ra nhiệt sau khi kết nối với mạch. Làm việc lâu dài ở nhiệt độ cao sẽ đẩy nhanh quá trình lão hóa của mạch và cũng dễ dàng làm hỏng mạch tích hợp.

Nguyên tắc làm việc của gốm làm mát PCB

Tấm làm lạnh gốm là một thiết bị làm mát bao gồm chất bán dẫn, với sự phát triển của chất bán dẫn hiện đại, tức là phát minh ra tủ lạnh, tấm làm lạnh gốm có ứng dụng thực tế.

Nguyên tắc hoạt động của nó là nguồn DC cung cấp năng lượng cần thiết cho dòng điện tử. Sau khi kết nối với nguồn điện, điện tử âm bắt đầu đi qua chất bán dẫn loại P, hấp thụ nhiệt và sau đó đến chất bán dẫn loại N, giải phóng nhiệt. Sau khi đi qua mô-đun NP, nhiệt được truyền từ bên này sang bên kia, tạo ra sự khác biệt về nhiệt độ, tạo thành các đầu lạnh và nóng.

Nguyên tắc làm việc của gốm sưởi ấm PCB

Hệ thống sưởi gốm sử dụng các đặc tính điện và nhiệt của vật liệu đặc biệt để chuyển đổi năng lượng điện thành nhiệt. Bên trong chip gốm có một vật liệu đặc biệt được gọi là "Thermistor PTC với hệ số nhiệt độ dương". Vật liệu này có thể thay đổi kích thước của điện trở theo sự thay đổi nhiệt độ, do đó đạt được chuyển đổi sưởi ấm điện. Khi dòng điện đi qua một tấm gốm, nó tạo ra một hiệu ứng nhiệt trên vật liệu, do đó tạo ra nhiệt trên bề mặt của tấm gốm và tiêu tán nó vào không khí xung quanh. Hiệu ứng nhiệt này có thể kiểm soát được và bằng cách điều chỉnh kích thước và thời gian hiện tại, nhiệt độ bề mặt của tấm gốm có thể đạt được giá trị xác định trước và vẫn ổn định.

Ngoài ra, tấm gốm có độ dẫn nhiệt tuyệt vời và có thể phân phối nhiệt đồng đều trên toàn bộ bề mặt, do đó đạt được sự gia nhiệt đồng đều và tránh sự xuất hiện của điểm nóng và điểm lạnh. Ngoài ra, chip gốm có tuổi thọ dài, đạt hàng chục nghìn giờ hoặc thậm chí lâu hơn, và an toàn và đáng tin cậy, không dễ bị rò rỉ và các tình huống nguy hiểm khác.

Làm mát gốm làm nóng PCB được xác định bởi hướng của dòng điện, chuyển đổi giữa nóng và lạnh.